El Aire Interior de una Vivienda

Arquitectura Bioclimatica

El aire interior de una vivienda, por razones de salubridad y confort, debe renovarse en forma continua, exigiendo un renovación total del aire por hora.
Pero en invierno cuando las las puertas y ventanas están cerradas, la renovación del aire se produce por infiltración en las juntas de la carpintería, y por la ventilación natural a través de orificios y rejillas, si no tenemos nuestras casas aislada .
 Este aire que ingresa en nuestras viviendas se encuentra a una temperatura exterior la que denominaremos " te" inferior a la temperatura interior " ti" provocando las molestias que origina el aire frío y genera una caída en la temperatura interior que debe ser restituida mediante de calefacción.
Así que nuestro consumo de energía se incrementa :  la cantidad necesaria de calor para elevar en 1ºC la temperatura de un volumen unitario de aire, el cual llamaremos " Calor Especifico del Aire" (Ce) y su valor es a 0,35 ( W/m3  ºC). Por lo tanto para una vivienda con volumen " Vr" de aire renovado por hora, el cual ingresa con una temperatura exterior "te" y se la quiere elevar a la temperatura interior de confort "ti", demandara un consumo energético en forma de calor:

Veamos la ecuación:

Q2= Ce. Vr . ( ti-te)

Siendo
Q2= perdida total de calor consumida en elevar la temperatura de un volumen de Vr de aire desde un valor inicial "te" a un valor final "ti" (W)
Ce= Calor Especifico del Aire ( W/ m3 ºC)
Vr: Volumen de aire renovado (m3)
( ti-te)= diferencia de temeperatura entre el aire interior y exterior (ºC)


Si bien la purificar el aire obliga renovar el volumen interior de una vivienda una vez por hora, todo aumento por sobre este valor significa consumir mayor cantidad de energía tal como se desprende de la ecuación expuesta. Por ello se deben evitar las entradas parasitarias de aire, pero debemos tender a una regulación manual o mecánica de los caudales de aire que ingresen por ventilación por salubridad.

• Ganancia de calor solar a través de ventanas
• Ventilación y Renovación de Aire Interior en los Edificios

Conductividad o Transmitacia Térmica

Se define conductividad térmica () de un material como la cantidad de calor que se transmite en una dirección, por unidad de tiempo, y de superficie, cuando el gradiente de temperatura en esa dirección es unitario. Superficie acumuladora

¿QUÉ ES CONDUCTIVIDAD O transmitancia TÉRMICA?

  (k en Estados Unidos) definido como:




: es el flujo de calor (por unidad de tiempo y unidad de área)

, es el gradiente de temperatura: La razón del cambio de la temperatura por unidad de distancia, muy comúnmente referido con respecto a la altura. Se tienen dos gradientes, el adiabático de 10.0 C/Km (en aire seco) y el pseudoadiabático (aire húmedo) es 6.5 C/Km.

 Conducción Térmica 

Recordemos el concepto: Es la transmisión por conducción que tiene lugar en un cuerpo determinado, desde la zona de mayor temperatura a la zona de menor temperatura, por el simple contacto molecular. Si bien puede conducirse en medios sólidos, líquidos o gaseosos.

El flujo de calor es directamente proporcional a la diferencia de temperatura y a la conductividad del material e inversamente proporcional al espesor del material que atraviesa.

• Coeficientes de conductividad térmica de materiales

Aislamiento Térmico

 En conclusión: Una adecuada aislación térmica de los cerramientos contribuye al logro de un microclima que asegure condiciones de confort con ventajas económicas en cuanto al consumo de energía necesario para alcanzar las condiciones aconsejables, por eso es importante conocer las cualidades de los materiales de construcción  que se utilizan: como son los cerramiento de manera que puedan aprovecharse para el control climático de los ambientes.

• Ejemplos de Materiales Aislantes Térmicos
• Materiales Incompatibles para ser Aislamientos Térmicos 

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• Aislamiento acústico para el estrés 

Verificar un Proyecto Solar

Arquitectura Bioclimatica- Energía Solar

Cuando se necesita verificar un proyecto solar que se está realizando, la inquietud radica en dos aspectos:

1. Aspecto energético: ( Fas) Fracción de Ahorro Solar, que es la determinación mensual o anual de la carga energética de calefacción necesarias provistas por el sol, osea, qué porcentaje de esa carga energética es aportado por el sistema solar proyectado. Cuando se habla de la FAS se está hablando de una determinada proporción entre conservación y aprovechamiento de la Energia Solar.

Fracción de Ahorro Solar (FAS)

En el cálculo de la FAS, intervienen dos conceptos: 

a) el Coeficiente Neto de Pérdidas (CNP) 

b) la razón entre la energía solar absorbida (RS) por el sistema y los grados-día (GD) en un período de tiempo: 

FAS = f(CNP, RS/GD) 

Donde: 

CNP Coeficiente Neto de Pérdidas (W / °C) 

RS Radiación solar absorbida en el interior de la vivienda (W / mes) 

GD Grados día (°C día / mes).

El CNP indica la cantidad de energía que la casa pierde por cada grado de diferencial de temperatura entre el interior y el exterior. Se calcula como la sumatoria del área de cada elemento de la vivienda (muros, techos, ventanas, puertas, fundaciones, etc.) medida en m2 multiplicado por su correspondiente conductancia térmica [W / m C°]. El CNP depende por un lado de la forma de la vivienda, dada a través del diseño de la misma y por otro de las características térmicas y físicas de los materiales que han sido utilizados. Un ejemplo sería tratar de que el perímetro expuesto de la vivienda sea mínimo, para reducir así las áreas implicadas en las pérdidas y consecuentemente, lograr un CNP más bajo.

RS / GD depende, por un lado del clima del lugar donde se ubique el edificio y por otro, del tipo de sistema solar y su tamaño. Los GD dependen del clima local y la cantidad de radiación solar absorbida realmente por el sistema será función de la cantidad de radiación disponible en el lugar, y del tipo de sistema solar elegido y su tamaño. Un valor mayor de RS / GD para el mismo CNP implicara una mayor FAS. Se tiene en cuenta tanto el clima del lugar como el factor de forma de la vivienda, las características físicas de los materiales utilizados, la distribución de los ambientes y la orientación.

El FAS resultante puede provenir de infinitas combinaciones entre conservación y aporte solar. Se puede obtener con una mínima conservación (que se traduce en un espesor pequeño de aislamiento  Termico) y máximo aporte solar (aberturas solares grandes) o hasta con una apertura solar mínima y máxima conservación. La solución óptima se ubicará en una determinada combinación alejada de estos extremos.

2. Niveles de habitabilidad que alcanza o mantiene un edificio sobre el cual se aplica medidas de conservación y aprovechamiento de la energía solar. 

El problema de la arquitectura solar es el sobrecalentamiento del aire o de las temperaturas superficiales, y otros problemas como son los niveles de humedad relativa elevados o molestias derivadas de una ventilación reducida.

Invernadero o Espacio Solar

Es un espacio adosado o encerrado por un local, recinto acondicionado y orientado para captar el máximo de radiación solar. ( Energía Solar) 

No es un lugar habitado por lo general y su uso es esporádico.

El Invernadero está provisto de un muro que acumula la energía incidente para cederla a esté durante las frías horas de la noche. 

Para que sea efectivo este sistema, deberá aislarse durante la noche con postigones o cortinas pesadas, para evitar las perdidas. Cuando el aire caliente que se genera en el interior del  espacio solar, tiende a perder energía por el vidrio, podemos abrir conductos sea en la parte de arriba y abajo para aprovechar las corrientes convectivas en el interior y conduciéndolas a las habitaciones más alejadas por medio de conductos o lechos de piedras.

COMPRAR INVERNADERO

Como Funciona un invernadero

1. Habrá Conducción  través del muro. ( Muro Trombre)
2. Como la temperatura del aire del invernadero será más alta que las de los espacios habitables, para que haya mayor rendimiento, deberá haber Transferencia Convectiva
3. Habrá Radiación desde el muro acumulador ( Muro Trombe) hacia el ambiente a acondicionar.

Ganancia de Calor solar a Través de Ventanas

Arquitectura Bioclimatica

Esta herramienta calcula la Ganancia de Calor Solar a Través de Ventanas verticales en latitudes templadas. Por favor, lea las instrucciones importantes, notas y páginas de preguntas frecuentes antes de utilizar esta herramienta. http://www.susdesign.com/windowheatgain/

Ganancia Directa Difundida

Arquitectura Bioclimatica - Ganancia Directa

Cuando hablamos de Difundida es Extender la Radiación (propagación de energía) ganada por el espacio en todas las direcciones. El Uso de vidrios difusores, traslúcidos tendrá el efecto de difundir la radiación solar incidente a través de toda la habitación.

 De este modo el acumulador térmico principal puede ubicarse sin las limitaciones impuestas por los sistemas de ganancia directa no difundida.

Esta uniforme distribución de la energía solar dará por resultado temperaturas de superficie mas baja de la masa térmica y entonces reducirá las fluctaciones de la temperatura del aire dentro de la habitación.

Se requiere un coeficiente de absorción en techos, paredes y piso alto de 0.9 a 0.8

Coeficiente de absorción o de atenuación se define como el cociente entre la energía absorbida y la energía incidente por una superficie o sustancia.

En Síntesis: La energía entra de bajo la forma de luz solar desde una fuente de 5700ºK, (  0°C = 273.16ºK ,si aumentamos 1°C, aumentas 1ºK, o sea 1°C = 274.16ºK), atraviesa el vidrio y contacta sobre el acumulador primario ( sea superficie de piso y paredes) hasta la altura de la pared a que llegue la radiación solar, se calentará y se propagará en onda térmica por conducción.

Materiales de Construcción

Ganancia Directa

Arquitectura Bioclimatica 

SISTEMAS SOLARES PASIVOS

 La ganancia Directa: Es un espacio habitable con una cara orientada al sol

Tiene tres partes y un sistema de Control

1. Una Colectora
2. Una acumuladora
3. Una que Restituye
4. el sistema de Control ( Usuario) 

 Ganancia Directa No Difundida : Es la tipología mas simple. 

La luz del sol entra al espacio a acondicionar a través de un gran ventanal orientado al sur.
La radiación cae directamente en el acumulador de calor principal, donde es absorbida, se acumula en forma de calor sensible, durante las horas de sol, y se descarga para calentar el lugar durante la noche.

Para actuar efectivamente como masa térmica principal 

Debe estar asoleada la mayor parte de un día típico de invierno. El acumulador principal puede tener varias ubicaciones: en el suelo, en masas sólidas libres ubicadas dentro del cuarto o en paredes internas o externas. ( Ver Muro Trombe)

Cuando el acumulador está  por una pared externa debe estar asilado exteriormente. Las grandes áreas vidriadas que se requieren en los sistemas de ganancia directa puede se la causa de disconfort tanto por la pérdida de calor que produce como por el deslumbramiento al que puede dar origen. Es necesario pués, agregar protecciones a las vidrieras tanto para frenar la entrada de radiación, cuando así se requiera, como para evitar pérdidas indeseadas.
Se debe colocar no menos de dos vidrios para evitar pérdidas durante el día en que debe quedar descubierto.  Ver Calculo de Superficies Acumuladoras

Desventajas de Vidrio simple y Vidrio Doble

Vidrio Simple

• La radiación transmitida es mayor
• Son mayores las pérdidas nocturnas
• Puede haber condensación superficial
• Es menos costoso y de fácil reemplazo en caso de rotura

Vidrio Doble

• La radiación transmitida es menor
• Las pérdidas nocturnas son menores
• Si el sellado no es perfecto pude haber condensación en la cámara de aire
• El costo es mayor como la colocación.

Superficie Acumuladora

Cuando construimos nuestras casas autosuficente siempre hay que tener en cuenta que existen dos tipos de superficies que trabajamos:  la que almacena  ( muros de masa y muro trombe), y las que utilizamos para generar visuales, ventilación,etc, osea las ventanas. Estas superficies nos pueden ayudar a perder nuestra ganancia:

Primero sepamos: que la capacidad de acumulación dependerá del material y del espesor. El espesor deberá ser el lógico para que haya aumento de temperatura superficial.

Habrá que tener en cuenta que la capacidad de los muros (Materiales en que están hechos), de manera tal que almacene el calor suficiente para restrituirlo durante la noche pero evitando el sobrecalentamiento en períodos prolongados de ganancia.

La capacidad de acumulación estará dada por la relación 1:3 a 1:6, es decir que cada 1m2 de vidrio necesitaremos de 3 a 6 m2 de acumulación. El m2 de vidrio se calcula descontando carpinterías y sombreros.

La acumulación puede ser primaria que es aquella donde el sol incide directamente, secundaria, es aquella que se calienta indirectamente por conducción, radiación, etc. 

Los m2 de acumulación deben estar distribuidos de la siguiente manera:

1m2 de vidrio --- 3 m2 de pared

1 m2 acumulador primario

2 m2 acumulador secundario

1 m2 de vidrio ----- 6 m2 de pared

1 m2 acumulador primario

4 m2 acumulador secundario

Es mejor contar con 6m2 de acumulación que con 3m2 porque produce menos oscilaciones de temperaturas y menos pérdidas.

Recordemos que acumulador secundario puede estar alejado de la ventana pero debe poder recibir radiación de onda larga que es multidireccional.

En síntesis: Ganancia directa es un espacio habitable con una cara orientada al sol. Y tiene tres partes y un sistema de control.

1. Una colectora
2. Una Acumuladora
3. Una que restituye
4. El sistema de Control, que es el usuario.

La energía entra bajo la forma de luz solar desde una fuente ( sol), atraviesa el vidrio y contacta el acumulador primario ( superficie de piso y paredes) hasta la altura de la pared a que llegue la radiación solar. La superficie se calentará y ese calentamiento se propagará al interior del muro o piso bajo la forma de onda térmica de conducción. 

Pero lo que entra por un lado se vaya por el otro. Así que deberíamos implantar en el diseño de nuestras casas bioclimaticas aislantes térmicos que hagan mínimas las perdidas al darle los espesores adecuados, pero siempre habrá perdida, así que no se rompan la cabeza.

Cuando el acumulador primario tenga temperatura superior a la del aire comenzará a emitir por Radiacción de oda larga hacia las personas y otros objetos.

Si la radiación de onda larga llega a una superficie vidriada, ésta se calentará y perderá hacia afuera. Por lo tanto el vidrio doble es lo que se impone porque pierde la mitad.